(57)【要約】【課題】合金鋼の清浄度を確保することのできる合金鋼の製造方法を提供する。【解決手段】保温炉において第１の合金鋼を製造する過程と、保温炉において第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程と、第１の合金鋼と溶鋼とを合湯して、第１の合金鋼内の合金の含量よりも少ない合金の含量を有する第２の合金鋼を製造する過程と、を含むことを特徴とする。  合金鋼を製造する過程において合金鉄の溶解と貯留を連続して実施することにより、合金鉄の温度の低下を抑制若しくは防止することができる。【選択図】図２
2019526708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保温炉において第１の合金鋼を製造する過程と、
前記保温炉において前記第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程と、
前記第１の合金鋼と溶鋼とを合湯して、前記第１の合金鋼内の合金の含量よりも少ない合金の含量を有する第２の合金鋼を製造する過程と、
を含むことを特徴とする合金鋼の製造方法。
【請求項２】
前記保温炉において前記第１の合金鋼を製造する過程は、
前記保温炉に前記第１の溶鋼を装入する過程と、
前記第１の溶鋼に合金鉄及び溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入する過程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の合金鋼の製造方法。
【請求項３】
前記保温炉に前記第１の溶鋼を装入する過程において、
前記第１の溶鋼の湯面に位置する鉱滓を前記保温炉に流入させる過程を含み、
前記第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程において、
前記鉱滓を用いて、前記第１の合金鋼の湯面に鉱滓層を形成することを特徴とする請求項２に記載の合金鋼の製造方法。
【請求項４】
前記保温炉において前記第１の合金鋼を製造する過程は、
精錬が完了した前記第１の溶鋼を出鋼する過程と、
前記第１の溶鋼に合金鉄及び溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入して第３の合金鋼を製造する過程と、
前記第３の合金鋼を保温炉に装入する過程と、
前記第３の合金鋼に合金鉄及び溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入して、前記第３の合金鋼のうちの合金の含量よりも多い合金の含量を有する前記第１の合金鋼を製造する過程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の合金鋼の製造方法。
【請求項５】
前記第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程において、
前記第１の合金鋼に合金鉄と溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入する過程を少なくとも１回以上行って、前記第１の合金鋼中の合金の含量を高める過程を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の合金鋼の製造方法。
【請求項６】
前記第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程において、
前記保温炉に溶鋼を更に装入する過程を含むことを特徴とする請求項５に記載の合金鋼の製造方法。
【請求項７】
前記第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程において、
前記第１の合金鋼中の合金の含量は、２５ｗｔ％を超え５０ｗｔ％以下を有するように制御することを特徴とする請求項６に記載の合金鋼の製造方法。
【請求項８】
前記第１の合金鋼を製造する過程及び前記第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程のうちの少なくともどちらか一方の過程において、前記保温炉に熱源を供給する過程を含むことを特徴とする請求項７に記載の合金鋼の製造方法。
【請求項９】
前記第２の合金鋼を製造する過程は、
精錬が完了した前記第２の溶鋼を出鋼する過程において前記第２の溶鋼に合金鉄及び溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入して製造される第４の合金鋼を合湯する過程を含み、
前記第４の合金鋼中の合金の含量は、前記第１の合金鋼中の合金の含量よりも少ないことを特徴とする請求項８に記載の合金鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金鋼の製造方法に係り、更に詳しくは、合金鋼の温度の落ち込みや汚れを抑制することのできる合金鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高マンガン鋼とは、約１〜５ｗｔ％のマンガンを含有する鋼のことをいう。最近の自動車用の高強度で高成形性の鋼材などの高機能性の製品の開発には目を見張るものがあり、これに伴い、マンガンの含有量が約２５ｗｔ％まで増やした高マンガン鋼が生産されている。
高マンガン鋼は、転炉精錬が完了し、溶鋼を出鋼する過程において、マンガンを含有する金属や合金（以下、合金鉄と称する。）を投入して、マンガンの濃度を制御して製造される。このとき、溶鋼に投入される合金鉄の量が増えると、合金鉄を溶解するのに必要な熱量が増加し、求められる溶鋼の転炉終点温度を高くする熱量を確保することになる。
【０００３】
しかしながら、このように、溶鋼の転炉終点温度を高める場合、酸素の吹込み量が増え、溶鋼中の酸素の濃度が増加して、溶鋼の酸化による歩留まり率の減少とともに、高い溶鋼の温度によって転炉の耐火物が侵食されてしまうという問題を生じる。なお、高い溶存酸素量によって出鋼中に脱酸剤の投入量を増やすと、これにより、鉱滓（スラグ）量が増大するという問題がある。なお、高い溶鋼の温度によって合金鉄の投入に際して大気酸化の発生量が増えて歩留まりが低下するという問題がある。
これらの問題を解決するために、多種多様な方法が試みられており、中でも、転炉出鋼の後にとりべ炉（Ｌａｄｌｅ  Ｆｕｒｎａｃｅ；ＬＦ）、真空精錬（Ｒｈｅｉｎｓｔａｈｌ  ａｎｄ  Ｈｅｒａｅｕｓ；ＲＨ）などの二次精錬工程において溶鋼の温度を高め、合金鉄を更に投入して、溶鋼中の合金鉄の濃度を補正する方法が適用されている。しかしながら、二次精錬における時間当たりの温度を補正する能力に限界があり、合金鉄の投入量が制限され、また長い処理時間が求められるため連続鋳造回数の増加には限界がある。このため、鋳片の量産には難点がある。なお、製鋼工程における処理時間の増加は、生産コストの上昇の原因となるという問題がある。
【０００４】
これらの理由から、最近では、合金鉄を溶解させた溶融合金鉄を用意し、これを溶鋼と合湯して高マンガン鋼を製造する技術が適用されている。この技術は、溶融合金鉄を用いることにより、少量の熱補償や固相の合金鉄を溶融させるときに必要な熱源を確保する必要なしに高マンガン鋼を製造することができるというメリットがある。しかしながら、溶融合金鉄を製造してから合湯までの時間の間に大気との接触によって吸窒現象が生じるため、溶融合金鉄中の窒素の含量が過度に増加してしまう。とりわけ、図１に示したとおり、マンガン鋼中のマンガンの含量が高くなるにつれて、窒素の飽和溶解度が急増するという問題がある。これにより、溶融合金鉄中の又は合湯によって製造された高マンガン鋼中の窒素の含量を制御するためのさらなる工程が求められ、これにより、処理時間の増加とともにさらなるコストが発生するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、合金鋼の清浄度を確保することのできる合金鋼の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、工程時間を省略又は短縮して、合金鋼の製造にかかる時間を短縮することにより、生産性を向上させることのできる合金鋼の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る合金鋼の製造方法は、保温炉において第１の合金鋼を製造する過程と、保温炉において第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程と、第１の合金鋼と溶鋼とを合湯して、第１の合金鋼内の合金の含量よりも少ない合金の含量を有する第２の合金鋼を製造する過程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
保温炉において第１の合金鋼を製造する過程は、保温炉に第１の溶鋼を装入する過程と、第１の溶鋼に合金鉄及び溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入する過程と、を含むことができる。
保温炉に第１の溶鋼を装入する過程において、第１の溶鋼の湯面に位置する鉱滓を保温炉に流入させる過程を含み、第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程において、鉱滓を用いて、第１の合金鋼の湯面に鉱滓層を形成することがよい。
【０００８】
保温炉において第１の合金鋼を製造する過程は、精錬の完了した第１の溶鋼を出鋼する過程と、第１の溶鋼に合金鉄及び溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入して第３の合金鋼を製造する過程と、第３の合金鋼を保温炉に装入する過程と、第３の合金鋼に合金鉄及び溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入して、第３の合金鋼のうちの合金の含量よりも多い合金の含量を有する第１の合金鋼を製造する過程と、を含むことが好ましい。
第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程において、第１の合金鋼に合金鉄と溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入する過程を少なくとも１回以上行って、第１の合金鋼中の合金の含量を高める過程を含むことができる。
【０００９】
第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程において、保温炉に溶鋼を更に装入する過程を含むことがよい。
第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程において、第１の合金鋼中の合金の含量は、２５ｗｔ％を超え５０ｗｔ％以下を有するように制御することができる。
【００１０】
第１の合金鋼を製造する過程及び第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する過程のうちの少なくともどちらか一方の過程において、保温炉に熱源を供給する過程を含むことが好ましい。
第２の合金鋼を製造する過程は、精錬の完了した第２の溶鋼を出鋼する過程において第２の溶鋼に合金鉄及び溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入して製造される第４の合金鋼を合湯する過程を含み、第４の合金鋼中の合金の含量は、第１の合金鋼中の合金の含量よりも少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、保温炉に溶鋼を装入し、合金鉄と溶融合金鉄を投入して第１の合金鋼を製造し、第１の合金鋼を溶鋼と合湯して、目標とする合金の含量を有する第２の合金鋼を製造することができる。このとき、第１の合金鋼は、金属や合金鉄を溶解して製造される溶融合金鉄中の合金の含量よりも少なく、且つ、第２の合金鋼中の合金の含量よりも多い合金の含量を有することができる。そこで、  溶融合金鉄を溶鋼と合湯して合金鋼を製造する従来の技術に比べて、合金鋼を製造する過程において大気との接触によって生じ得る合金鋼の汚れ、例えば、吸窒を抑制若しくは防止することができる。
したがって、合金鋼の清浄度を確保して後続工程を省略したり、後続工程にかかる時間を短縮したりできるので、合金鋼の生産性を向上させることができる。このため、鋳造に必要な合金鋼を効果的に提供することができるので、鋳造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】溶鋼中のマンガンの含量による窒素の飽和溶解度の変化を示すグラフ。
【図２】本発明に係る合金鋼の製造方法を示す手順図。
【図３】本発明の変形例に係る合金鋼の製造方法を示す手順図。
【図４】本発明の他の変形例に係る合金鋼の製造方法を示す手順図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面に基づいて本発明の実施形態に係る「パワーインダクター」について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示した実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化することができる。これらの実施形態は単に本発明の開示を完全なるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を知らせるために提供されるものである。
【００１４】
まず、本発明に係る合金鋼の製造方法は、合金の含量が高い第１の合金鋼と溶鋼とを合湯して、目標とする合金の含量を有する第２の合金鋼を製造することができる。すなわち、固相の合金鉄を溶鋼に投入して合金鋼を製造したり、溶融合金鉄を溶鋼と合湯して合金鋼を製造したりする従来の合金鋼の製造方法とは異なり、本発明は、目標とする合金の含量よりも多い合金の含量を有する第１の合金鋼と溶鋼とを合湯して、第２の合金鋼を製造することを特徴とする。ここで、第１の合金鋼は、外部と遮断される保温炉において製造され、第１の合金鋼が大気との接触によって汚れ、例えば、吸窒による現象を抑えながら、第１の合金鋼を融点以上の温度に維持することができる。したがって、第１の合金鋼の清浄度を確保することができて、溶鋼との合湯によって製造される第２の合金鋼の後続工程を省略したり短縮したりすることができ、これにより、全体の工程時間を短縮して、生産性を向上させることができる。
【００１５】
図２は、本発明に係る合金鋼の製造方法を示す手順図である。
図２に示したとおり、本発明の実施形態に係る合金鋼製造方法は、第１の合金鋼は転炉において精錬が完了した第１の溶鋼を保温炉に装入する過程（Ｓ１１０）と、第１の溶鋼が注入された保温炉に合金鉄と溶融合金鉄のうちの少なくともどちらか一方を投入して、第１の合金鉄を製造する過程（Ｓ１２０）と、第２の溶鋼を用意する過程（Ｓ１３０）及び第１の合金鋼と第２の溶鋼とを合湯して、第２の合金鋼を製造する過程（Ｓ１４０）を含む。ここで、合金鉄とは、純粋な金属や合金であってもよく、例えば、マンガン金属やマンガンを含有するマンガン合金であってもよい。そして、溶融合金鉄は、マンガン金属やマンガンを含有するマンガン合金を別途の溶解炉において溶解させて製造することができる。第１の合金鋼は、マンガンに加えて、ニッケルやクロムなど多種多様な物質を含有していてもよく、以下では、第１の合金鋼がマンガンを含有する例について説明し、マンガン金属やマンガン合金はマンガンと称し、マンガン金属やマンガン合金を溶解させたものは溶融マンガンと称する。
【００１６】
第１の合金鋼は、目標とする合金の含量又は合金の濃度、すなわち、マンガンの含量（又は、マンガンの濃度）を有する第２の合金鋼よりも、合金の含量が高く、溶融合金鉄よりは合金の含量が少なくすることができる。例えば、第１の合金鋼中のマンガンの含量は、２５ｗｔ％を超え５０ｗｔ％以下であってよい。第１の合金鋼中のマンガンの含量の上限を５０ｗｔ％以下に設定した理由は、一般に、鋼中の合金の含量が５０ｗｔ％以下である場合には、合金鋼（ａｌｌｏｙｓｔｅｅｌ）と見なし、５０ｗｔ％を超える場合、合金鉄（ａｌｌｏｙ）と見なすためである。そして、上記のとおり、マンガン鋼中のマンガンの含量が増えるにつれて、窒素の飽和溶解度が急増するため、マンガンの含量が過度に増加する場合、吸窒現象によって後続工程で脱窒処理が不可避となり、脱窒処理に長い時間がかかるという問題がある。したがって、マンガンの含量が５０ｗｔ％を超える、例えば、マンガンを約８０ｗｔ％ほど含有する溶融合金鉄と溶鋼とを合湯して合金鋼を製造する従来の技術に比べ、マンガンの含量が低い溶融合金鋼を溶鋼と合湯して合金鋼、例えば、第２の合金鋼を製造することにより、溶融合金鋼の吸窒を抑えて、最終的に製造される合金鋼中の窒素の含量を低減させることができる。
【００１７】
第１の合金鋼の製造に際して第１の溶鋼に固相のマンガンを投入する場合、合金鉄は第１の溶鋼の熱によって溶解されてもよく、熱源を更に提供してマンガンを溶解させてもよい。このとき、第１の溶鋼の熱によって合金鉄が容易に溶解できるように合金鉄を予熱して投入してもよく、保温炉には第１の合金鋼を製造するときに必要な熱源を提供できるように誘導コイルなどの熱源供給手段が配設されてもよい。
また、第１の合金鋼の製造に際して第１の溶鋼に溶融マンガンを投入する場合、必要に応じて熱源を更に提供してもよく、提供しなくてもよい。もし、熱源を更に提供する場合には、固相のマンガンを投入するときよりも少ない量の熱源とすることができる。
保温炉において製造された第１の合金鋼は、第２の溶鋼との合湯の前まで保温炉の内部において融点以上の温度に維持されることがよい。このとき、第１の合金鋼を維持する間に、第１の合金鋼中の窒素性分を取り除くための保温炉内で脱窒処理を更に行うことが好ましい。
【００１８】
一方、保温炉に貯留される第１の合金鋼の湯面に鉱滓を形成して、第１の合金鋼の吸窒現象を抑えることもえきる。換言すれば、第１の合金鋼を製造するために保温炉に第１の溶鋼を装入する過程において、第１の溶鋼の湯面に存在する鉱滓が第１の溶鋼に混入されて保温炉に装入されることが好ましい。鉱滓は、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、保温炉内において第１の溶鋼の湯面を覆って保温炉の内部に存在する大気と接触することを防ぐことができる。鉱滓は、第１の溶鋼を保温炉に装入する過程において、保温炉の内部に自然に流入させてもよく、強制的に流入させて第１の溶鋼の湯面において鉱滓層を形成させてもよい。この場合、マンガンや溶融マンガンを注入して第１の合金鋼を製造し、第１の合金鋼を維持する間の吸窒が抑えられて、第１の合金鋼の脱窒処理を省略することができ、さらなる脱窒処理時間を短縮することができる。
そして、保温炉において第１の合金鋼を融点以上の温度に維持する間に、マンガンや溶融マンガンを更に投入して、第１の合金鋼中のマンガンの含量を上記の範囲内において次第に増加させることができる。このように、第１の合金鋼のマンガンの含量を次第に増加させると、後工程で第２の溶鋼と合湯される第１の合金鋼の量を低減させることができる。このため、第１の合金鋼と合湯される第２の溶鋼の量が相対的に増加する。鋳造に必要な第２の合金鋼の量を十分に確保することができれば、第１の合金鋼を製造するのにかかる時間やコストを節減することができるというメリットがある。
【００１９】
このとき、第１の合金鋼にマンガンや溶融マンガンを投入し続けると、第１の合金鋼のマンガンの含量が提示された範囲を超えてしまう虞がある。このような場合、第１の溶鋼を更に投入して、第１の合金鋼中のマンガンの含量を提示された範囲に調節することが好ましい。
第１の合金鋼の製造に際して、保温炉の内部にアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを吹き込んで、第１の溶鋼と、マンガン及び溶融マンガンを均一に攪拌して混合することができる。
【００２０】
このような方法によって製造される第１の合金鋼は、合湯時に用いられる１回分量よりも多い量を製造して保温炉に貯留されることができ、これによって、必要に応じて、合湯過程を連続して行うことができる。
第１の合金鋼が製造され、保温炉において融点以上の温度に維持している間に、第１の合金鋼との合湯のための第２の溶鋼を製造することができる。第２の溶鋼は、転炉精錬が完了した炭素鋼であってもよく、例えば、第２の溶鋼は、約０．２〜０．４ｗｔ％の炭素を含有してもよい。
【００２１】
第２の溶鋼が用意されれば、保温炉に貯留される第１の合金鋼を出鋼して、第２の溶鋼と第１の合金鋼とを合湯することにより、第２の合金鋼を製造することができる。このとき、目標とする第２の合金鋼中のマンガンの含量と製造された第１の合金鋼中のマンガンの含量に応じて、第１の合金鋼と第２の溶鋼との合湯割合を調節することが好ましい。
このような方法で合金鋼、例えば、第２の合金鋼を製造した後、第２の合金鋼を鋳造設備に搬送して鋳造を行ってもよい。このとき、第２の合金鋼を鋳造設備に搬送する前に、第２の合金鋼のマンガンの含量を微細に調整したり、第２の合金鋼中の不純物を取り除くためにＬＦ工程や真空処理などの精錬工程を行うことがよい。
【００２２】
以下では、本発明に係る合金鋼の製造方法を様々な変形例を挙げて説明する。
図３は、本発明の変形例に係る合金鋼の製造方法を示す手順図であり、図４は、本発明の他の変形例に係る合金鋼の製造方法を示す手順図である。ここでは、上記の本発明の実施形態との相違点を説明する。それ以外に、第１の合金鋼の湯面に鉱滓層を形成する過程、保温炉に熱源を供給する過程、第１の合金鋼中のマンガンの濃度を制御するために第１の溶鋼を更に投入する過程などを本発明の方法と同様に行ってもよい。
【００２３】
図３に示したとおり、本発明の変形例に係る合金鋼の製造方法は、保温炉の外部において第３の合金鋼を製造する過程（Ｓ２１０）と、第３の合金鋼を保温炉に装入する過程（Ｓ２２０）と、保温炉にマンガンと溶融マンガンのうちの少なくともどちらか一方を投入して、第１の合金鋼を製造する過程（Ｓ２３０）と、第２の溶鋼を用意する過程（Ｓ２４０）と、第１の合金鋼と第２の溶鋼とを合湯して、第２の合金鋼を製造する過程（Ｓ２５０）と、を含む。この変形例は、第１の合金鋼を製造する過程以外では、上記の本発明の実施形態と略同じ方法で合金鋼を製造することができる。
第３の合金鋼の製造は、精錬が完了した第１の溶鋼にマンガンと溶融マンガンのうちの少なくともどちらか一方を投入して行うことができる。本発明の実施形態において、第１の合金鋼を製造するために、第１の溶鋼を保温炉に自ら装入したのに対し、変形例においては、第１の溶鋼を保温炉に装入することなく、保温炉の外部において第３の合金鋼を製造した後に保温炉に装入して、第１の合金鋼を製造する方法である。
【００２４】
例えば、転炉において精錬が完了した第１の溶鋼を出鋼する過程において、マンガンと溶融マンガンのうちの少なくともどちらか一方を投入して、第３の合金鋼を製造することができる。このとき、第３の合金鋼は、後ほど製造される第１の合金鋼中のマンガンの含量よりも少ないマンガンの含量を有するように製造される。これは、第３の合金鋼中のマンガンの含量が高過ぎる場合、大気との接触によって吸窒現象が急激に起こる虞があるからである。例えば、第３の合金鋼中のマンガンの含量は、約０．５〜２０ｗｔ％程度の範囲を有するように製造されることがよい。
第３の合金鋼を保温炉に装入した後には、上記の実施形態とほぼ同じ方法でマンガンと溶融マンガンを更に投入して第１の合金鋼を製造し、第２の溶鋼と合湯して第２の合金鋼を製造することができる。
これ以外に、第３の合金鋼を保温炉に装入し、第１の溶鋼及びマンガンと溶融マンガンを更に投入して第１の合金鋼を製造することもできる。
【００２５】
図４に示したとおり、本発明の他の変形例に係る合金鋼の製造方法は、保温炉に第１の溶鋼を装入する過程（Ｓ３１０）と、第１の溶鋼にマンガンと溶融マンガンのうちの少なくともどちらか一方を投入して、第１の合金鋼を製造する過程（Ｓ３２０）と、第２の溶鋼を用意する過程（Ｓ３３０）と、保温炉の外部において第４の合金鋼を製造する過程（Ｓ３４０）と、第１の合金鋼と第４の合金鋼及び第２の溶鋼を合湯して、第２の合金鋼を製造する過程（Ｓ３５０）と、を含む方法である。
【００２６】
この変形例は、上記の本発明の実施形態による第２の合金鋼の製造方法に、保温炉の外部において製造される第４の合金鋼を更に製造して合湯する過程を組み合わせて行われることを特徴とする。第４の合金鋼は、精錬が完了した第３の溶鋼を用いて製造されることができ、上記の第３の合金鋼の製造と略同じ方法によって製造されてもよい。また、第４の合金鋼は、第１の合金鋼中のマンガンの含量よりも少ないマンガンの含量を有するように製造されることがよい。なお、第４の合金鋼は、第３の合金鋼と同一又は類似の合金の含量を有するように製造されることが好ましい。これは、第４の合金鋼が保温炉の外部において製造されるため、大気との接触によって第４の合金鋼への吸窒が生じる虞があるため、吸窒を抑えるために第４の合金鋼中のマンガンの含量を比較的に低く抑えた方が望ましいからである。
このような方法で第２の合金鋼を製造する場合、第１の合金鋼の製造量を大幅に増大させなくてもよいので、第１の合金鋼の製造や保持にかかる時間とエネルギーを節減することができる。なお、第１の合金鋼中のマンガンの含量を高めるための負担を避けながらも、品質に優れた合金鋼を製造することができる。
【００２７】
以下では、本発明に係る合金鋼の製造方法によって製造された合金鋼の吸窒の度合いと生産性の向上の度合いを調べる実験例について説明する。ここで、合金物質としては、マンガンが用いられた。
まず、保温炉内に合金鋼を所定の時間の間に保持するときに、マンガンの含量による吸窒の度合いを調べ、その実験結果を下記の表１に記載した。本実験においては、合金鋼及び溶融合金鉄を保温炉に装入し、それぞれの装入量が１００トンに達した時点から所定の時間が経った後に試料を採取して窒素の含量を測定した。
【００２８】
実験例１
マンガンの含量が４７．８ｗｔ％である合金鋼を２４時間の間に保温炉に保持した後、合金鋼に含有される窒素の濃度を測定した。実験例１においては、合金鋼の上部に鉱滓層を形成しなかった。
実験例２
マンガン含量が４５．９ｗｔ％である合金鋼を２６時間の間に保温炉に保持した後、合金鋼に含有される窒素の濃度を測定した。実験例２においては、合金鋼の湯面に鉱滓層を形成した。
実験例３
マンガンの含量が８１．５ｗｔ％である溶融合金鉄を４９時間の間に保温炉に保持した後、合金鋼に含有される窒素の含量を測定した。上述したように、マンガンの含量が５０ｗｔ％を超える場合には、合金鋼よりも溶融合金鉄に近い。
【００２９】
【表１】
2019526708.tif 000003
実験例１と実験例２の結果を比較すると、実験例１の合金鋼と実験例２の合金鋼は、マンガンの含有量の差は約２ｗｔ％ほどであって、マンガンの含有量の違いは大きくない。しかしながら、合金鋼中の窒素の含有量を比較すると、実験例２の合金鋼の方が、実験例１の合金鋼に比べて、窒素の含量が略半分に過ぎない。これは、実施形態２の場合、合金鋼の湯面に鉱滓層を形成して、合金鋼が保温炉内で大気との接触が防げられ、吸窒が防止されたためである。
【００３０】
そして、実験例１、２と実験例３の結果を見ると、実験例３の溶融合金鉄の場合、実験例１及び２の合金鋼に比べて、マンガンの含量が略２倍近くに多く含有されている。実験例３の溶融合金鉄は、保温炉内に多量の窒素成分が流入して実験例１及び２の合金鋼に比べて２から５倍近くに多い窒素が含有されている。しかも、実験例３の場合、実験例１及び２に比べて保温炉内の保持時間が短いにも拘わらず、高い窒素の含量を示している。図１は、マンガン鋼が大気と接触する状態で窒素の飽和溶解度を示しているが、マンガン鋼の特性からみて、マンガンの含量が増えるにつれて、窒素の飽和溶解度が急増して吸窒が盛んに行われるからである。
このような実験結果から明らかなように、大気との遮断が抑えられた状態でもマンガンの含量が増えるにつれて吸窒現象が急激に生じるため、マンガンの含量を適切な範囲内に調節して、吸窒現象を抑えて合金鋼の汚れを極力抑えることが好ましい。
【００３１】
次の実験においては、本発明の実施形態に係る合金鋼の製造方法で合金鋼を製造するとき、保温炉の内部で合金鋼中の合金の含量、すなわち、マンガンの含量を提示された範囲内において増加させることに伴う合金鋼中の窒素の含量の変化を測定した。
実験例４
精錬が完了した溶鋼を保温炉に装入し、マンガン金属、マンガン合金鉄及び溶融マンガン合金鉄の投入量に投入して合金鋼を製造し、その投入量に伴う窒素の含量の変化を測定した。
【００３２】
【表２】
2019526708.tif 000004
上記の表２を基にすると、溶鋼に投入されるマンガン金属、マンガン合金鉄及び溶融マンガン合金鉄の投入量が増加するにつれて、合金鋼に含有される窒素の含量が次第に増加する。しかしながら、たとえマンガン金属、マンガン合金鉄及び溶融マンガン合金鉄の投入量に応じて合金鋼の窒素の含量が増加するとしても、実験例３の溶融合金鉄のように窒素の含量が急増することなく、比較的に低い、例えば、実験例１及び２の合金鉄の窒素の含量レベルを維持するということが分かる。
【００３３】
最後に、本発明に係る合金鋼の製造方法で合金鋼を製造するとき、合金鋼と溶鋼との合湯から鋳造までかかる時間を測定する実験を行った。
実験例５
転炉出鋼中に第１の溶鋼にマンガン金属を投入して溶解させた後に保温炉に装入し、保温炉に溶融マンガン合金を投入して４９ｗｔ％のマンガンの含量を有する第１の合金鋼を製造した。そして、転炉精錬が完了した第２の溶鋼を出鋼しながらマンガン金属を１０トン投入しながら、８０トンの第１の合金鋼を合湯して第２の合金鋼を製造した。次いで、ＬＦ工程において第２の合金鋼にマンガン金属を５トン装入して第２の合金鋼が目標とするマンガンの含量、例えば、２１．７ｗｔ％を有するように制御した後、鋳造設備に搬送した。このとき、第１の合金鋼と第２の溶鋼との合湯、すなわち、第２の溶鋼の出鋼から鋳造設備に搬送するのにかかる時間は、２３０分であった。
【００３４】
実験例６
精錬が完了した溶鋼を出鋼しながらマンガン金属を投入して、一次的にマンガンの含量が抑えられた合金鋼を製造した。次いで、ＬＦ工程において一次的にマンガンの含量が抑えられた合金鋼にマンガンを更に投入して、目標とするマンガンの含量を有する合金鋼を製造して鋳造設備に搬送した。このとき、ＬＦ工程において合金鋼に投入されるマンガン金属の量は１５トンであり、多数回に分割されて投入された。このため、マンガン金属の投入と昇温工程とが多数回にわたって繰り返し行われた。このような工程を通して、２４．３ｗｔ％のマンガンの含量を有する合金鋼を製造し、鋳造設備に搬送した。このとき、溶鋼の出鋼から鋳造設備に搬送するのにかかる時間は、３６１分であった。
【００３５】
【表３】
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上記の表３を基にすると、実験例５の場合、溶鋼の出鋼から鋳造設備に搬送されて鋳造に供されるまでかかる時間が、実験例６に比べて１３１分短縮されたことがわかる。これは、合湯後に施されるＬＦ工程においてかかる時間であり、実験例５の場合、主として保温炉において製造された第１の合金鋼を用いて第２の合金鋼中のマンガンの含量を抑えるため、上記の実験例１、２及び４のように、第２の合金鋼中の窒素の含量を低く抑えることができ、ＬＦ工程においてかかる時間を短縮することができる。
【００３６】
これに対し、実験例６の場合、溶鋼の転炉出鋼時にマンガン金属を投入及び溶解させて合金鋼を製造し、ＬＦ工程において合金鋼中のマンガンの含量を抑えるためにマンガン金属を更に投入する。このとき、実験例６のＬＦ工程において合金鋼に投入されるマンガン金属の投入量は、実験例５のＬＦ工程において第２の合金鋼に投入されるマンガン金属の投入量よりも３倍ほど多い量が投入される。このため、実験例６においては、合金鋼に投入されるマンガン金属を多数回に分割して投入し、マンガン金属を投入する度に合金鋼の温度を高めるための工程を行った。このため、実験例６は、ＬＦ工程にかかる時間が増加せざるを得ず、これにより、鋳造に供される合金鋼を提供するのに長い時間がかからることになった。
【００３７】
また、表３を基にすると、実験例６の場合、実験例５に比べてＬＦ工程時間が長くかかるため、ＬＦ工程を完了した後に合金鋼中の窒素の含量が実験例５に比べて少なく測定されることが好ましい。しかしながら、実験例６の場合、合金鋼の製造が大気に晒された状態で行われるため、ＬＦ工程の前に合金鋼中の初期の窒素の含量が非常に高く、ＬＦ工程で除去可能な能力にも限界がある。このため、実験例５によって製造された第２の合金鋼中の窒素の含量が更に低く測定されたのである。
このような実験結果から明らかなように、本発明の実施形態に係る合金鋼の製造方法は、溶融合金鉄に比べて合金の含量が低い合金鋼と溶鋼とを合湯して、目標とする合金の含量を有する合金鋼を製造することにより、大気との接触による汚れ、例えば、吸窒現象を極力抑えることができることが明らかとなった。更に、合金鋼の汚れが極力抑えられるため、後続処理工程、例えば、ＬＦ工程においてかかる時間を短縮して、合金鋼の製造から鋳造までにかかる全体の時間を短縮して、生産性を向上させることができるということを確認することができた。
【００３８】
本発明に係る鋳造方法は、マンガンなどの合金を含有する合金鋼を用いて鋳片などの鋳造物を鋳造する方法であって、鋳造を行う前に合金鋼が大気に晒される時間を最大限に短縮して、合金鋼が大気によって汚れたり、温度の落ち込みが生じたりすることを防ぐことができる。このため、本発明は、鋳造を行う直前に合金鋼を製造して鋳造に供するが、合金鋼の製造を鋳造が行われる鋳造設備において行うことにより、合金鋼の温度の落ち込みや大気との接触による汚れを極力抑えることができる。
【００３９】
このように、本発明においては、固相の合金鉄を溶解して溶融合金鉄を用意し、融点以上の温度で貯留していて、鋳造の直前に溶鋼と合湯して合金鋼を製造し、これを鋳造に供することにより、合金鋼の製造過程において生ずる温度の落ち込みや大気との接触による汚れを極力抑えることができる。なお、合金鋼の製造と鋳造が連続して行われるので、合金鋼の製造後に鋳造までかかる時間を短縮して合金鋼の温度の落ち込みや汚れによる更なる工程を排除することができる。したがって、さらなる工程によるコストアップを抑え、工程効率及び生産性を向上させることができる。
【００４０】
本発明の技術的思想は、実施形態に基づいて具体的に記述されたが、実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに周知すべきである。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において種々の実施形態が可能であるということが理解できる筈である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る合金鋼の製造方法は、合金鋼の清浄度を確保して後続工程を省略したり、後続工程にかかる時間を短縮したりできるので、合金鋼の生産性を向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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